Midtech

civil engineering laboratory testing equipment

مقاومة الخرسانة

الملخص

تعتبر الخرسانة البوليمرية (PC) مادة إصلاح واعدة لرصف الأسفلت ، حيث تتمتع بأداء رصف ممتاز واستقرار مائي. على الرغم من أن الخصائص الميكانيكية لجهاز الكمبيوتر قد تم بحثها على نطاق واسع ، إلا أن سلوك التعب للكمبيوتر الشخصي تحت أحمال المرور لا يزال غير مفهوم جيدًا. للتنبؤ بعمر الكلال وتحسين تصميم المواد للكمبيوتر الشخصي ، تم إجراء اختبارات الانحناء شبه الدائري (SCB) ، مع مراعاة محتوى البوليمر المختلف ونسبة الرمل وخصائص الركام وظروف الإجهاد. تم تطبيق مادتين نموذجيتين من البوليمر لإعداد عينات الكمبيوتر ، بما في ذلك راتنجات الايبوكسي (ER) والبولي يوريثين (PU). تم تحليل الميزات الإجمالية بواسطة نظام قياس الصورة الكلي. تم فحص السلوك الميكانيكي تحت الأحمال المتكررة من خلال معامل الإزاحة وعمر الكلال والصلابة. أظهرت النتائج أن قوة الانحناء تزداد بشكل غير خطي مع زيادة محتوى البوليمر ، بسرعة في البداية ، ثم ببطء. كان محتوى البوليمر الأمثل ونسبة الرمل 15٪ و 30٪ على التوالي. مع زيادة رقم التحميل ، يظهر الإزاحة الرأسية للكمبيوتر ثلاث مراحل ، أي المرحلة غير التالفة ومرحلة تطور الضرر ومرحلة فشل التعب. معامل الصلابة للعينة يعتمد على الإجهاد. تم تطوير نموذج تجريبي للتنبؤ بعمر التعب لجهاز الكمبيوتر ، والذي يمكنه التقاط تأثيرات محتوى البوليمر ونسبة الرمل ومستوى الإجهاد (أو نسبة الإجهاد الاسمي) بشكل فعال. يقترح أن عمر الكلال له علاقة قوية بتدرج الخلط ، ويمكن تحديد نسبة الرمل المثلى للكمبيوتر الشخصي من خلال الوظيفة المقترحة. علاوة على ذلك ، لا يمكن إهمال تأثير الأشكال المجمعة.
الكلمات الرئيسية: الخرسانة البوليمرية; خاصية التعب; اختبار الانحناء شبه الدائري; مستوى التوتر.

1. المقدمة

باعتباره الشكل الرئيسي لهيكل الرصف في الصين ، يلعب رصف الأسفلت دورًا مهمًا في أداء خدمة الطرق السريعة [1]. في ظل الإجراءات المشتركة طويلة الأجل للبيئة والأحمال ، بما في ذلك الحرارة والشيخوخة والأمطار والتحميل المتكرر ، قد يؤدي رصف الإسفلت إلى الإصابة بأمراض مثل فتحات الحفر والشقوق [2]. هذه الأمراض تضر باستقرار هيكل الرصف وتقلل من كفاءتها التشغيلية. يُظهر التحليل الإحصائي أن المسافة المقطوعة لصيانة رصيف الأسفلت السنوية في الصين تزيد عن 100،000 كيلومتر ، وتصل تكلفة إصلاح الرصيف وحدها إلى 2.3 مليار يوان [3]. مع استمرار زيادة حجم حركة المرور ومتطلبات الجودة للطرق السريعة ، يلزم وجود طريقة معالجة سريعة وفعالة لإصلاح وإعادة فتح الطرق السريعة التالفة. بشكل عام ، يتم إصلاح الرصيف بغض النظر عن الظروف الجوية. الإسفلت المزيج الساخن هو أكثر مواد الإصلاح شيوعًا ، ومع ذلك فهو يتطلب تسخينًا بدرجة حرارة عالية وليست صديقة للبيئة [4]. في غضون ذلك ، يكون الترابط بين خلائط الإسفلت القديمة والطازجة أضعف نسبيًا ، كما أن عمق اختراق الأسفلت الطازج منخفض في الشقوق الصغيرة ، مما يحد من تطبيقه في إصلاح الرصيف [5]. كمكمل ، تم اعتماد العديد من مواد البوليمر الخاصة ، بما في ذلك الإسفلت المستحلب [6] والبولي يوريثين (PU) [7] وراتنج الإيبوكسي (ER) [8] في هندسة الرصف. تعرض مواد البوليمر العديد من الأداء الممتاز من حيث مقاومة التآكل [9] ، والتأخير الملتهب [10] ، والاستقرار الحراري [11] ، وصلابة الكسر [12] ، وما إلى ذلك. تم منح هذه الميزات الجديدة لرصف الأسفلت عن طريق التعديل أو المزج مع البوليمرات المقابلة.
تعتبر الخرسانة البوليمرية (PC) ، وهي مادة مركبة تتكون من أنواع مختلفة من الركام ومصفوفة بوليمر ، مادة واعدة لإصلاح الرصيف نظرًا لسرعة معالجتها وترابطها القوي مع الركام [13]. بالمقارنة مع مخاليط الإسفلت التقليدية ، فهي تتمتع بمقاومة كيميائية أعلى ، واستقرار أفضل في درجات الحرارة العالية ، ومتانة جيدة في البيئات الميدانية [14]. البولي يوريثان عبارة عن مادة رابطة بوليمرية شائعة تم استخدامها على نطاق واسع في مواد هياكل رصيف الصرف ، مثل مخاليط PU المسامية [15]. يمكن أن تؤدي إضافة مواد مالئة أو تغيير الهيكل البوليمري إلى تحسين مقاومة الأشعة فوق البنفسجية ، ومقاومة الشيخوخة ، واستقرار الماء ، ومقاومة تجميد ذوبان الجليد للمواد القائمة على PU [16،17]. ما وآخرون. [18] وجد من خلال الاختبارات المعملية والتطبيقات الميدانية أن أداء درجات الحرارة العالية ، وأداء درجات الحرارة المنخفضة ، وأداء تنسيق التشوه ، ومقاومة التعب لمادة PU-PC كانت أفضل من الخرسانة الإسفلتية المصبوبة والخرسانة الإسفلتية الإيبوكسية. تم إجراء دراسات مختلفة حول الخواص الميكانيكية وتقنيات التعزيز للكمبيوتر الشخصي [19 ، 20]. على سبيل المثال ، تمت دراسة أداء الرصيف لجهاز الكمبيوتر ، مثل مقاومة الانضغاط ، وصلابة الكسر ، وصلابة الانحناء ، من خلال الاختبارات المعملية والتحليل العددي [21]. من حيث تطوير المواد ، تم فحص العديد من تصاميم وحلول المزج المركبة والمعدلة للكمبيوتر الشخصي ، مثل PC المقوى بالألياف [22] وخرسانة بوليمر ER / PU [23] ، لتحقيق تحسينات متنوعة في الأداء. كما تم تطوير طرق اختبار مقاومة القص البيني لتقييم خصائص الترابط بين أجهزة الكمبيوتر ومخاليط الأسفلت [24]. لقد حسنت هذه الدراسات بشكل كبير من فهم الخصائص الميكانيكية للكمبيوتر الشخصي.
يعد التكسير الناتج عن التعب ، وهو مرض شائع في أرصفة الأسفلت ، أحد الاعتبارات الرئيسية في تصميمها الإنشائي [25]. ومع ذلك ، فإن الأدبيات الموجودة قد أهملت بطريقة ما خصائص التعب لجهاز الكمبيوتر كمواد إصلاح الرصيف [26]. زغلول وآخرون. [27،28] وجد أن كلاً من مستوى الإجهاد ومحتوى الألياف لهما تأثير كبير على سلوكيات الشد والتعب للبوليستر المقوى بالألياف. يون وآخرون. [29] وآهن وآخرون. [30] فحص أداء إجهاد جهاز الكمبيوتر وأضرار الصلابة من خلال اختبارات الانحناء وقياسات الاهتزاز ، لكنه ركز بشكل أساسي على تأثيرات طرق الاختبار على خصائص التعب لجهاز الكمبيوتر. لم يتم الكشف عن تأثيرات أنواع ومحتويات المكونات على أداء التعب بشكل كامل في البحث السابق. وفي الوقت نفسه ، مع الأخذ في الاعتبار تأثيرات تحميل السيارة ودرجة الحرارة ، يجب دراسة أداء التعب لجهاز الكمبيوتر في ظل ظروف مختلفة ، نظرًا لأن آلية تلفها تختلف عن تلك الموجودة في ظل التحميل الساكن [31،32]. بسبب العدد الكبير من التجارب والعمليات المعقدة ، تفتقر مواقع البناء إلى الشروط اللازمة للاختبارات المطلوبة. لذلك ، من الضروري إنشاء معادلة للتنبؤ بعمر إجهاد الكمبيوتر الشخصي لتسهيل تقييم الأداء وتوقيت الصيانة لمواد الإصلاح هذه [33]. علاوة على ذلك ، لم تنظر الدراسات الحالية في وقت واحد في تأثيرات محتوى البوليمر والتدرج الكلي وخصائص الشكل وحالة الإجهاد على عمر التعب لجهاز الكمبيوتر. يفتقر التصميم الأمثل لجهاز الكمبيوتر إلى البيانات الكافية حول الاختبارات الديناميكية.
في هذه الدراسة ، تم تجهيز أجهزة الكمبيوتر مع مواد ربط ER و PU ، على التوالي ، للإصلاح السريع لأرصفة الأسفلت. تم إجراء اختبارات الانحناء شبه الدائري (SCB) لتحليل تأثيرات محتويات البوليمر المختلفة ، وخصائص الركام ، ومستويات الضغط على الخواص الميكانيكية للكمبيوتر. تم استخدام مؤشرات مثل الإزاحة وعمر التعب ومعامل الصلابة لتقييم أداء التعب. أخيرًا ، تم إنشاء معادلة التنبؤ بعمر إجهاد الكمبيوتر الشخصي مع الأخذ في الاعتبار التأثير المشترك لعدة عوامل.

2. المواد والأساليب

1.2. المواد

1.1.2. تجميعات

كان الركام الناعم المستخدم في هذا الاختبار هو الرمل الطبيعي المنتج من مقلع في Zhuzhou ، الصين ، والذي كان معامل صقله 2.8 ومحتوى طين أقل من 1.0٪. تظهر نتيجة اختبار الشاشة في الشكل 1. كان الركام الخشن المستخدم في الاختبارات هو حصى البازلت المتدرج باستمرار بحجم 5-16 ملم.
polymers g
الشكل 1. نتيجة اختبار الغربلة الرملية.

2.1.2. مواد رابطة البوليمر

كانت روابط البوليمر المستخدمة في هذه الدراسة هي ER و PU. كان رابط ER أطول وقت إعداد أولي ولزوجة أكبر من مواد PU النموذجية. وفي الوقت نفسه ، كان يمكن التحكم في اللزوجة الأولية ووقت الإعداد لمصفوفة البوليمر [34]. تم تحضير ER باستخدام E51 ER ، وعامل المعالجة ثلاثي إيثيلين تترامين ، ومسرع DMP-30 (100: 9: 1). تشتمل المواد الاصطناعية لـ PU بشكل أساسي على مونومر الإيزوسيانات والبولي إيثر. لضمان وقت كافٍ للرصف والضغط في مشروع إصلاح الطريق ، تم اختيار PU 6170F أحادي المكون (Wanhua Chemical Company ، Yantai ، الصين) كموثق PU.

2.2. إعداد عينة

تم تحضير عينات PC في المختبر عن طريق خلط الركام والمواد الرابطة البوليمرية وفقًا لمعيار ASTM C192. كانت نسب الخلط من الركام إلى مصفوفة البوليمر 95: 5 ، 90:10 ، 85:15 ، و 80:20 بالوزن. كانت نسب الرمل 25٪ ، 30٪ ، 35٪ على التوالي. تم سكب الكمبيوتر الممزوج جيدًا في قوالب اختبار مطبقة مسبقًا مع عامل تحرير. تم تشكيل العينات الأسطوانية بقطر 150 مم وارتفاع 180 مم بواسطة الضاغطة الدوارة Superpave. أثناء الضغط ، كان إجهاد الانضغاط 600 كيلو باسكال ، وزاوية الإزاحة 1.16 درجة ، ومعدل الدوران 30 ص / دقيقة. تم ضغط كل عينة معدة 100 مرة لضمان توزيع كثافة الكتلة بشكل موحد. تم تفكيك العينات بعد ساعة واحدة من الصب. قبل الاستخدام ، تم تكييف العينة النهائية في غرفة (25 درجة مئوية وضغط جوي قياسي) لمدة 12 ساعة [35]. وانج وآخرون. [36] وجد أن الضغط الداخلي للعينات التي يزيد سمكها عن 50 مم يميل إلى حالة الإجهاد المستوي ، وتميل استجابة الإجهاد إلى الاستقرار. لذلك ، تم تقطيع عينات اختبارات SCB إلى نصفين نصف دائري بقطر 150 مم وسمك 50 مم.
polymers g
الشكل 2. عملية تحضير العينات نصف الدائرية: (أ) الضغط ؛ (ب) المعالجة لمدة 12 ساعة ؛ (ج) تقطيعه إلى أنصاف نصف دائرية.

3.2. طرق الاختبار

1.3.2. قياس الميزة الإجمالية

تم تحليل الخصائص المورفولوجية للتجمعات الخشنة بواسطة نظام قياس الصورة الكلي (AIMS). تم قياس ثلاثة مؤشرات مختلفة لشكل الركام ، وهي: نسيج السطح وزاوية التدرج والكروية. تم وصف نسيج السطح من خلال تحليل المويجات على أساس الصور المستعرضة والطولية والمائلة للركام المختبرة. تم قياس الزاوية باستخدام نهج التدرج لتحديد التباين في الحجم والملف الشخصي للجسيمات الكلية. تم تقييم خصائص الشكل ثلاثي الأبعاد بواسطة الكروية ، والتي تم حسابها من خلال طول المحور الطويل ، وطول المحور الأوسط ، وطول المحور القصير للصندوق المحيط الكلي. تتراوح الكرة من 0 إلى 1 ، وعندما تقترب من 1 ، يكون الركام المقاس كروي الشكل تقريبًا. يمكن العثور على الأوصاف التفصيلية في الأدبيات السابقة [37].

2.3.2. اختبار الانحناء شبه الدائري

تم إجراء اختبارات SCB باستخدام آلة الاختبار العالمية الديناميكية UTM-100 ، المكونة من حاضنة بدرجة حرارة ثابتة ، ومنصة تحميل ، وجهاز تحكم مؤازر. كان وضع التحميل المحدد هو طريقة الانحناء ثلاثية النقاط. تم وضع العينات على دعامة شعاع مع بكرة تحميل في الأعلى وبكرتي دعم تحتها ، وكلها بقطر 1 مم. تم ضبط المسافة بين بكرتي الدعم على 0.8 ضعف قطر العينة. قبل الاختبار ، تم تطبيق حمل تلامس قدره 0.2 كيلو نيوتن واحتفظ به لمدة 10 ثوانٍ لضمان اتصال موحد بين العينة وأسطوانة التحميل. تم ضبط درجة حرارة الاختبار على 15 درجة مئوية ، وفقًا لتغير التدرج السنوي لدرجة الحرارة لمقاطعة هونان. تم الحفاظ على معدل تحميل ثابت قدره 50 مم / دقيقة في اختبارات قوة SCB حتى فشل تكسير العينة. توقفت الاختبارات حيث انخفض الحمل إلى 0.3 كيلو نيوتن. يمكن تحديد قوة شد العينات عن طريق اختبارات SCB مع تحميل واحد. يمكن حساب الحد الأقصى من إجهاد الشد في الجزء السفلي من عينة SCB باستخدام المعادلة (1). بالنسبة لاختبارات إجهاد SCB ، تم تطبيق التحميل على شكل موجات هافرسين بتردد 10 هرتز. تم تعيين مستويات الإجهاد عند أربعة نسب مختلفة للضغط على التحميل (0.2 و 0.3 و 0.4 و 0.5) ، بناءً على قوة SCB. لكل مستوى إجهاد ، تم إجراء ثلاثة اختبارات متوازية للتأكد من موثوقية اختبارات الإجهاد. نتائج الاختبار في الأرقام تمثل نتيجة متوسطة عن طريق الاختبارات المتوازية.

σt = 4.976P / TD

حيث ، σt ​​تعني أقصى إجهاد شد في قاع عينة SCB ؛ P هو التحميل العمودي ؛ T و D هما على التوالي سمك وقطر نصف دائرة لعينة SCB.
في اختبارات إجهاد SCB ، حدث ضرر غير قابل للاسترداد داخل عينات الكمبيوتر الشخصي مع زيادة عدد الأحمال ، مما أدى إلى تحلل الخصائص الميكانيكية للمادة. يمكن وصف تأثير التلف الناتج عن الإجهاد على الخواص الميكانيكية عن طريق اضمحلال معامل الصلابة. معامل الصلابة هو نسبة الإجهاد إلى الإجهاد في المركز السفلي لعينة SCB في التوتر ، كما هو موضح في المعادلة (2). بافتراض أن توزيع الضغط في قسم الامتداد لعينة SCB يتوافق مع افتراض المقطع المسطح ، يمكن التعبير عن إجهاد الشد في المركز السفلي للعينة على أنه المعادلة (3).
St = σt / εt
εt = 6Ld / 1.14D2 (5.578LD − 1.3697)
حيث يرمز St إلى معامل الصلابة ؛ εt تعني إجهاد الشد في وسط قاع عينة SCB ؛ L هي المسافة بين دعامات التثبيت المجاورة ؛ d هو الانحراف في مركز عينة SCB.

3. نتائج

1.3. اختبار قوة SCB

يوضح الجدول 4 نتائج اختبار قوة SCB تحت نسب الخلط الثلاثة المختلفة ومحتويات البوليمر المختلفة. يمثل محتوى البوليمر النسبة المئوية لمواد رابطة البوليمر في الكمبيوتر الشخصي بالوزن. تختلف قوة الانحناء للكمبيوتر الشخصي عند نسب الرمل المختلفة بشكل كبير مع محتوى البوليمر. بشكل عام ، تزداد قوة الانحناء بشكل غير خطي مع زيادة محتوى البوليمر ، بسرعة في البداية ثم ببطء. السبب الرئيسي هو أنه في حالة المحتوى المنخفض من البوليمر ، لا يمكن للمادة الرابطة أن تغطي السطح الكلي بالكامل لتطوير قوة بينية كافية. في هذه الدراسة ، كانت قوة الانحناء للكمبيوتر أقل تأثرًا بنسبة الرمل. عندما تكون نسبة الرمل 30٪ ، فإن مقاومة الانحناء لـ ER-PC و PU-PC بلغت ذروتها عند 18.82 ميجا باسكال و 15.24 ميجا باسكال على التوالي. قوة ER-PC أعلى من قوة PU-PC ، وهو ما يتوافق مع نتائج الاختبار الفيزيائية للبوليمرات. نظرًا لأن نسبة الرمل تتجاوز 30٪ ، تقل قوة الانحناء لجهاز الكمبيوتر. السبب الرئيسي هو أن نسبة الرمل المنخفضة بشكل مفرط تسبب فراغات غير كاملة بين الركام الخشن. في الوقت نفسه ، تقلل نسبة الرمل الزائدة من كمية الركام الخشن وتزيد من مساحة السطح الإجمالية للركام الخشن والناعم ، مما يؤدي إلى زيادة كمية البولي يوريثان. كما هو مبين في الجدول 4 ، كان التباين في اختبار القوة صغيرًا ، حيث كانت جميع معاملات التباين (CV) في الاختبارات المتوازية أقل من 10٪. لذلك ، مع الأخذ في الاعتبار متطلبات الاقتصاد وقوة التصميم ، تم تحديد نسبة الرمل للاختبارات لتكون 30٪ ، وكان الخليط الأولي للبوليمر 15٪.

2.3. تغييرات النزوح من اختبار الإجهاد SCB

عملية تلف التعب هي كما يلي. تحت التحميل المتكرر ، يحافظ خليط الأسفلت تدريجياً على تشوه البلاستيك والأضرار التراكمية ، مما يؤدي في النهاية إلى تلف الكسر. تم تحليل اتجاه تشوه البلاستيك لجهاز الكمبيوتر من خلال اختبارات الإجهاد SCB. بأخذ نسبة 30٪ رمل ومحتوى بوليمر 15٪ كمثال ، يوضح الشكل 3 إزاحة نوعي أجهزة الكمبيوتر تحت مستويات ضغط مختلفة.
polymers g
الشكل 3. تغييرات النزوح لاختبار التعب SCB: (أ) ER-PC ؛ (ب) PU – PC.
مع زيادة عدد الدورات ، يظهر منحنى الإزاحة الرأسية ثلاث مراحل ، أي المرحلة غير التالفة ، ومرحلة تطور الضرر ، ومرحلة فشل التعب. في المرحلة الأولى من التحميل ، تخضع العينة لتشوه مرن من البلاستيك بسبب التلامس الداخلي وضغط الفراغ [38]. يزداد التشوه الدائم بشكل كبير مع زيادة عدد الأحمال. في المرحلة الثانية من التحميل ، يزداد الإزاحة الرأسية خطيًا مع عدد التحميلات. هذه المرة ، تظهر تشققات صغيرة وتتطور بشكل مطرد داخل العينة. في المرحلة الثالثة ، تظهر نقطة انعطاف على منحنى التحميل وتفشل العينة. الصيفي وآخرون. [39] وجد أن التلف الجزئي يتركز بشكل رئيسي في منتصف العينة ثم نتج عنه شقوق اختراق. عادة ما يتم تعريف معيار الضرر الناتج عن الإجهاد على أنه النقطة الحرجة بين مرحلة تطور الضرر ومرحلة فشل التعب. يوضح الشكل 3 أنه مع زيادة مستوى الإجهاد ، تميل مدة التعب والإزاحة النهائية للعينة إلى الانخفاض. عمر الإرهاق لجهاز ER-PC أكبر من عمر PU-PC في هذه الدراسة.

3.3. توهين معامل الصلابة بدورات التحميل

يوضح الشكل 4 أ أن معامل الصلابة يتغير في اختبارات SCB تحت مستويات الإجهاد المختلفة. نسبة الرمل للعينات 30٪ ، ومحتوى البوليمر 15٪. من الواضح أن معامل الصلابة للكمبيوتر الشخصي انخفض باستمرار أثناء الاختبارات ، مما يشير إلى أن الجزء المخفض من معامل الصلابة يُعزى إلى تلف العينات الناتج عن التعب [40]. في مرحلة تطور الضرر ، يمكن أن يتعافى التشوه المرن للكمبيوتر الشخصي بالكامل بعد التفريغ ، لكن التشوه الناتج عن الضرر غير قابل للاسترداد. نتيجة لذلك ، يتحلل معامل الصلابة لجهاز الكمبيوتر ، ويحدث تشوه الضرر.
polymers g
الشكل 4. معامل الصلابة لاختبار إجهاد SCB: (أ) التغيرات في ER-PC برقم الدورة ؛ (ب) متوسط معامل ER-PC و PU-PC.
يمكن تقسيم اتجاهات التباين لمعامل الصلابة إلى ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى ، يحدث التشقق في السطح والعيوب الداخلية للعينة ، مثل التشققات والفراغات ، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في معامل الصلابة بسبب تركيز الإجهاد. في المرحلة الثانية ، مع زيادة عدد الأحمال ، يتم إطلاق الطاقة عالية الكثافة عند العيوب الداخلية للعينة بسبب التصدع. وفي الوقت نفسه ، يتم إعاقة تطور الضرر الناتج عن الإجهاد ، ويتجلى ذلك في شكل انخفاض خطي في معامل الصلابة. في المرحلة الثالثة ، يتناقص معامل الصلابة لخليط الإسفلت بشكل حاد ، ويتجلى ذلك في شكل ضرر شديد ويزيد بسرعة معدل تلف التعب حتى الفشل.
في مرحلة تطور الضرر ، يتم عرض متوسط ​​معامل الصلابة في الشكل 4 ب لمقارنة الخصائص المرنة لجهازين الكمبيوتر. أظهرت النتائج أن معامل الصلابة للعينة يعتمد على حالة الإجهاد. يزداد متوسط ​​معامل العينات تقريبًا خطيًا مع زيادة الضغط. نظرًا للالتصاق الأفضل بين ER والكلام ، فإن معامل الصلابة لـ ER-PC أكبر من معامل PU-PC.

4.3. التقييم والتنبؤ بحياة التعب

يكشف التحليل أعلاه أن أداء التعب في عينات الكمبيوتر الشخصي مرتبط بشكل أساسي بثلاثة عوامل ، أي نسبة الرمل ومحتوى البوليمر ومستوى الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك ، تم إدخال المؤشر المورفولوجي للركام في هذه الدراسة للتنبؤ بحياة التعب. تم إنشاء إطار عمل معادلة التنبؤ بالإرهاق في الخطوات التالية. أولاً ، يتم أخذ تأثير مستوى الإجهاد في الاعتبار ، ويتم اعتماد معادلة التعب المعيارية σ-N للتنبؤ بعمر التعب ، والتي يمكن التعبير عنها بالمعادلة (4). بأخذ محتوى ER بنسبة 5٪ كمثال ، تم تحديد العلاقة بين حياة التعب ومستوى الإجهاد من خلال تحليل الانحدار غير الخطي متعدد المتغيرات ، وفقًا للمعادلة (4). يوضح الشكل 5 أ نتائج التنبؤ بالإرهاق لعينات الكمبيوتر بنسب رمل مختلفة. أظهرت حياة التعب ارتباطًا جيدًا بمستويات الإجهاد ، حيث أن معاملات تحديد المعادلة (4) أعلى من 0.99.
Nf (σ) = K1 (1 / σ) K2
حيث ، Nf تعني حياة التعب ؛ σ هو مستوى التوتر. K1 و K2 هي معلمات التركيب.
polymers g
الشكل 5. تأثير مستوى الإجهاد على عمر التعب من ER-PC: (أ) 5٪ محتوى ER ؛ (ب) نسبة الرمل 25٪ ؛ (ج) نسبة الرمل 30٪ ؛ (د) نسبة الرمل 35٪.

ثانيًا ، فرق عمر التعب لعينات الكمبيوتر الشخصي ذات محتويات ER المختلفة له علاقة دالة طاقة مماثلة مع مستوى الإجهاد ، كما هو موضح في الشكل 5 ب-د. لذلك ، يمكن التعبير عن وظيفة اختلاف عمر التعب مع عمر التعب لـ 5٪ ER-PC كمرجع في صيغة المعادلة (5).

ΔNf (σ، Δcp، Sr) = K3 (Δcp، Sr) (1 / σ) K4 (Δcp، Sr)

حيث ، Δcp تعني المحتوى النسبي للمادة اللاصقة للبوليمر ؛ Sr لتقف على نسبة الرمل. K3 و K4 هما معلمات النموذج التي تأخذ في الاعتبار محتوى البوليمر ونسبة الرمل. وبالتالي ، يمكن تحديد عمر التعب لعينات الكمبيوتر ذات محتويات ER المختلفة بواسطة المعادلة (6). علاوة على ذلك ، لا يزال الإطار الأساسي للتنبؤ بعمر الإرهاق عبارة عن وظيفة طاقة ، نظرًا لأن K3 أكبر من 0. وهذا يعني أن مستوى الإجهاد يلعب دورًا أساسيًا في التنبؤ ودقة وظيفة التعب المقترحة.

Nf (σ، Δcp،Sr) = Nf (، 0،Sr) + Nf (، Δcp، Sr) = K1 (1 / σ) K2 + K3 (Δcp،Sr) (1 / σ) K4 (cp،Sr)

في حالة نفس نسبة الرمل ، تم ضبط العلاقة بين المعامل K3 ومحتوى البوليمر النسبي في الشكل 6. يجب أن يكون فرق عمر الكلال 0 عند محتوى ER بنسبة 5٪ (Δcp = 0). وبالتالي ، يتم تعيين تقاطع y لوظيفة فرق عمر التعب على 0. وفي الوقت نفسه ، لضمان دقة نموذج التنبؤ ، يجب أن يكون معامل التحديد لنتائج تركيب K3 أعلى من 98٪. لذلك ، يأخذ النموذج المجهز شكل دالة تربيعية ، كما هو معبر عنه في المعادلة (7). للتحقق من مصداقية المعادلة (7). تشير النتائج إلى أن المعادلات المجهزة قابلة للتطبيق للتنبؤ بعمر التعب لكلتا المادتين.
K3 (Δcp) = أ (Δcp) 2 + bΔcp


حيث ، أ و ب هي المعلمات المناسبة.

polymers g
الشكل 6. نتائج ملائمة المعامل K3 مع Δcp مختلفة: (أ) ER-PC ؛ (ب) PU – PC.

ثالثًا ، تم تحليل المعاملين K1 و K2 لمعادلة التعب. يساهم التدرج (أو نسبة الرمل) للخليط بشكل كبير في الخواص الميكانيكية لجهاز الكمبيوتر. غالبًا ما يتم تحديد التدرج الأمثل من خلال الاختبارات الميكانيكية الثابتة ، مثل اختبارات الضغط أو اختبارات الضغط أحادية المحور. إن طرق التصميم الثابتة هذه غير منطقية لأن استجابة الرصيف الحقيقية تخضع لتحميل حركة المرور الديناميكي. ومع ذلك ، نادرًا ما ذكرت الأدبيات السابقة طريقة تصميم الخلط مع الأخذ في الاعتبار عمر التعب. قدمت هذه الدراسة نظرة جديدة حول تصميم الكمبيوتر الشخصي.
يقدم الجدول 7 تفاصيل خصائص المواد والمعلمات المتوقعة ، مع الأخذ في الاعتبار 5٪ من محتوى البوليمر كمثال. بينت النتائج عدم وجود ارتباط نهائي بين نسبة الرمال والمعامل K2. ومع ذلك ، يُظهر المعامل K1 ارتباطًا قويًا بنوع المادة الرابطة ونسبة الرمل. وفقًا لنتائج الجدول 6 ، تم إنشاء العلاقة التجريبية بين قوة الشد ونسبة الرمال والمعامل K1 من خلال الانحدار غير الخطي متعدد المتغيرات ، كما هو معبر عنه في المعادلة (8). بالنسبة لمحتويات البوليمر الأخرى في هذه الدراسة ، تظهر النتائج علاقات وظيفية مماثلة. يقترح أن عمر التعب للعينة يتناسب مع قوة الشد للموثق ، ويمكن أن يؤدي التدرج المناسب إلى تحسين أداء الكمبيوتر. خاصة ، في هذه الحالة التي تحتوي على 5٪ من البوليمر ، يجب أن تكون نسبة الرمل المثلى للكمبيوتر الشخصي 30.237٪.


K1 (Ts،Sr) = Ts [−0.674 (Sr− 30.237) 2 + 60.221] ، R2  96.95٪

علاوة على ذلك ، يتأثر أداء التعب لجهاز الكمبيوتر بالتأثير المتشابك للهيكل الكلي والخصائص البينية [41]. من خلال التجارب والتحليل العددي [37] ، ياو وآخرون. [42] وجد أن خصائص شكل الركام مرتبطة بالاعتماد على الإجهاد لسلوك التشوه. تم فحص متغيرات التوقع أحادي المتغير للمعامل K2 باستخدام نموذج Bootstrap Forest في الشكل 7. وقد ثبت أن زاوية الركام لها أقوى ارتباط مع K2 ، تليها نسبة الرمل والملمس ، في حين أن كروية لديها أضعف ارتباط مع K2.
polymers g
الشكل 7. معدل مساهمة خصائص المواد في K2.

4. الاستنتاجات

أجريت هذه الدراسة اختبارات SCB للكمبيوتر الشخصي مع الأخذ في الاعتبار محتوى البوليمر والشكل الكلي ومستوى الإجهاد. يمكن استخلاص النتيجة الرئيسية على النحو التالي:
(1) بناءً على نتائج اختبار القوة SCB ، فإنه يوضح أن محتوى البوليمر ونسبة الرمل لهما تأثير كبير على قوة الانحناء. تزداد القوة بشكل غير خطي مع زيادة محتوى البوليمر ، بسرعة في البداية ثم ببطء. ومع ذلك ، نظرًا لأن نسبة الرمل تتجاوز 30٪ ، تقل قوة الانحناء لجهاز الكمبيوتر.
(2) وفقًا لتغييرات الإزاحة للكمبيوتر الشخصي في ظل التحميل المتكرر ، تقدم عملية الاختبار ثلاث مراحل ، أي المرحلة غير التالفة ومرحلة تطور الضرر ومرحلة فشل التعب ، حيث يزداد عدد الدورات. علاوة على ذلك ، يزداد مستوى الإجهاد ، ويميل عمر التعب والإزاحة النهائية إلى الانخفاض.
(3) فيما يتعلق بمعامل الصلابة ، قد يؤدي تلف العينات الناتج عن الإجهاد إلى تحلل معامل الصلابة. وفي الوقت نفسه ، يعتمد معامل الصلابة على مستوى الإجهاد. يزداد متوسط ​​معامل العينات تقريبًا خطيًا مع زيادة الضغط.
(4) تم إنشاء نموذج تنبؤ بعمر الكلال يحتوي على مستوى الإجهاد ومحتوى البوليمر وقوة الشد ونسبة الرمل. الإطار الأساسي للتنبؤ بحياة التعب هو وظيفة الطاقة ، ويلعب مستوى الإجهاد دورًا أساسيًا في القدرة على التنبؤ والدقة.
(5) يرتبط عمر الكلال ارتباطًا وثيقًا بنوع المادة الرابطة وتدرج الخلط. وفي الوقت نفسه ، يمكن تحديد نسبة الرمل المثلى للكمبيوتر الشخصي من خلال الوظيفة التجريبية المقترحة. وفقًا لتحليل الشكل الكلي ، فإن تأثيرات الزوايا والملمس على حياة التعب أكثر أهمية ، في حين أن تأثير الكروية ضعيف نسبيًا.

الكاتب

وضع المفاهيم ، SR ؛ معالجة البيانات ، X.H. ؛ تحليل رسمي ، X.H. ؛ حيازة التمويل ، SR ؛ التحقيق X.H. المنهجية ، SR ؛ إدارة المشروع ، SR ؛ الموارد ، SR ؛ البرمجيات ، X.H. ؛ الإشراف ، SR ؛ التحقق من الصحة ، SR ؛ التصور ، X.H. ؛ الكتابة – المسودة الأصلية ، SR ؛ كتابة – مراجعة وتحرير ، X.H. قرأ جميع المؤلفين النسخة المنشورة من المخطوطة ووافقوا عليها.

التمويل

تم تمويل هذا البحث من قبل برنامج البحث والتطوير الرئيسي لمقاطعة هونان (2021SK2050).

بيان توافر البيانات

لا ينطبق.

تضارب المصالح

الكتاب يعلن لا تضارب في المصالح.

المراجع

  1. Liu, C.; Lv, S.; Jin, D.; Qu, F. Laboratory investigation for the road performance of asphalt mixtures modified by rock asphalt–styrene butadiene rubber. J. Mater. Civ. Eng. 2021, 33, 04020504. [Google Scholar] [CrossRef]
  2. Li, J.; Wei, H.; Yao, Y.; Hu, X.; Wang, L. Contribution modeling on condition evaluation of asphalt pavement using uncertainty measurement and entropy theory. Adv. Mater. Sci. Eng. 2021, 2021, 9995926. [Google Scholar] [CrossRef]
  3. Transport, E.D.o.C.J.o.H.a. Review on China’s subgrade engineering research 2021. China J. Highw. Transp. 2021, 34, 1–49. [Google Scholar]
  4. Byzyka, J.; Rahman, M.; Chamberlain, D.A. Thermal analysis of hot mix asphalt pothole repair by finite element method. J. Transp. Eng. Part B Pavements 2020, 146, 04020029. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
  5. Byzyka, J.; Rahman, M.; Chamberlain, D.A. An improved interface temperature distribution in shallow hot mix asphalt patch repair using dynamic heating. Int. J. Pavement Eng. 2020, 21, 1617–1625. [Google Scholar] [CrossRef]
  6. Jiang, S.; Li, J.; Zhang, Z.; Wu, H.; Liu, G. Factors influencing the performance of cement emulsified asphalt mortar—A review. Constr. Build. Mater. 2021, 279, 122479. [Google Scholar] [CrossRef]
  7. Zhang, Z.; Sun, J.; Jia, M.; Ban, X.; Wang, L.; Chen, L.; Huang, T.; Liu, H. Effects of polyurethane thermoplastic elastomer on properties of asphalt binder and asphalt mixture. J. Mater. Civ. Eng. 2021, 33, 04020477. [Google Scholar] [CrossRef]
  8. Li, M.; Min, Z.; Wang, Q.; Huang, W.; Shi, Z. Effect of epoxy resin content and conversion rate on the compatibility and component distribution of epoxy asphalt: A MD simulation study. Constr. Build. Mater. 2022, 319, 126050. [Google Scholar] [CrossRef]
  9. Fuseini, M.; Zaghloul, M.M.Y.; Elkady, M.F.; El-Shazly, A.H. Evaluation of synthesized polyaniline nanofibres as corrosion protection film coating on copper substrate by electrophoretic deposition. J. Mater. Sci. 2022, 57, 6085–6101. [Google Scholar] [CrossRef]
  10. Zaghloul, M.M.Y.M. Mechanical properties of linear low-density polyethylene fire-retarded with melamine polyphosphate. J. Appl. Polym. Sci. 2018, 135, 46770. [Google Scholar] [CrossRef]
  11. Fuseini, M.; Zaghloul, M.M.Y. Statistical and qualitative analysis of the kinetic models using electrophoretic deposition of polyaniline. J. Ind. Eng. Chem. 2022. [Google Scholar] [CrossRef]
  12. Zaghloul, M.M.Y.; Zaghloul, M.Y.M.; Zaghloul, M.M.Y. Experimental and modeling analysis of mechanical-electrical behaviors of polypropylene composites filled with graphite and MWCNT fillers. Polym. Test. 2017, 63, 467–474. [Google Scholar] [CrossRef]
  13. Alhazmi, H.; Shah, S.A.R.; Anwar, M.K.; Raza, A.; Ullah, M.K.; Iqbal, F. Utilization of polymer concrete composites for a circular economy: A comparative review for assessment of recycling and waste utilization. Polymers 2021, 13, 2135. [Google Scholar] [CrossRef]
  14. Mayhoub, O.A.; Abadel, A.A.; Alharbi, Y.R.; Nehdi, M.L.; de Azevedo, A.R.G.; Kohail, M. Effect of polymers on behavior of ultra-high-strength concrete. Polymers 2022, 14, 2585. [Google Scholar] [CrossRef]
  15. Cong, L.; Wang, T.; Tan, L.; Yuan, J.; Shi, J. Laboratory evaluation on performance of porous polyurethane mixtures and OGFC. Constr. Build. Mater. 2018, 169, 436–442. [Google Scholar] [CrossRef]
  16. Chen, J.; Yin, X.; Wang, H.; Ding, Y. Evaluation of durability and functional performance of porous polyurethane mixture in porous pavement. J. Clean. Prod. 2018, 188, 12–19. [Google Scholar] [CrossRef]
  17. Huang, H.; Pang, H.; Huang, J.; Zhao, H.; Liao, B. Synthesis and characterization of ground glass fiber reinforced polyurethane-based polymer concrete as a cementitious runway repair material. Constr. Build. Mater. 2020, 242, 117221. [Google Scholar] [CrossRef]
  18. Ma, W.; Zhao, Z.; Guo, S.; Zhao, Y.; Wu, Z.; Yang, C. Performance evaluation of the polyurethane-based composites prepared with recycled polymer concrete aggregate. Materials 2020, 13, 616. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
  19. Huang, H.; Pang, H.; Huang, J.; Yu, P.; Li, J.; Lu, M.; Liao, B. Influence of hard segment content and soft segment length on the microphase structure and mechanical performance of polyurethane-based polymer concrete. Constr. Build. Mater. 2021, 284, 122388. [Google Scholar] [CrossRef]
  20. Zaghloul, M.Y.M.; Zaghloul, M.M.Y.; Zaghloul, M.M.Y. Developments in polyester composite materials—An in-depth review on natural fibres and nano fillers. Compos. Struct. 2021, 278, 114698. [Google Scholar] [CrossRef] 
  21. Hong, B.; Lu, G.; Li, T.; Lin, J.; Wang, D.; Liang, D.; Oeser, M. Gene-editable materials for future transportation infrastructure: A review for polyurethane-based pavement. J. Infrastruct. Preserv. Resil. 2021, 2, 27. [Google Scholar] [CrossRef]
  22. Naser, M.; Hawileh, R.; Abdalla, J. Fiber-reinforced polymer composites in strengthening reinforced concrete structures: A critical review. Eng. Struct. 2019, 198, 109542. [Google Scholar] [CrossRef]
  23. Cheng, H.T.; Lee, Y.S.; Liu, H.C.; Lee, W.J. The effect of component addition order on the properties of epoxy resin/polyurethane resin interpenetrating polymer network structure. J. Appl. Polym. Sci. 2021, 138, 49833. [Google Scholar] [CrossRef]
  24. Guo, T.; Xie, Y.; Weng, X. Evaluation of the bond strength of a novel concrete for rapid patch repair of pavements. Constr. Build. Mater. 2018, 186, 790–800. [Google Scholar] [CrossRef]
  25. Wei, H.; Li, J.; Hu, B.; Wang, F.; Zheng, J. Influence of temperature on deformation failure and acoustic emission characterisation of asphalt concrete under uniaxial compression. Int. J. Pavement Eng. 2022, 1–10. [Google Scholar] [CrossRef]
  26. Zhi, S.; Gun, W.W.; Hui, L.X.; Bo, T. Evaluation of fatigue crack behavior in asphalt concrete pavements with different polymer modifiers. Constr. Build. Mater. 2012, 27, 117–125. [Google Scholar] [CrossRef]
  27. Zaghloul, M.M.Y.; Mohamed, Y.S.; El-Gamal, H. Fatigue and tensile behaviors of fiber-reinforced thermosetting composites embedded with nanoparticles. J. Compos. Mater. 2019, 53, 709–718. [Google Scholar] [CrossRef]
  28. Zaghloul, M.Y.; Zaghloul, M.M.Y.; Zaghloul, M.M.Y. Influence of Stress Level and Fibre Volume Fraction on Fatigue Performance of Glass Fibre-Reinforced Polyester Composites. Polymers 2022, 14, 2662. [Google Scholar] [CrossRef]
  29. Yeon, K.-S.; Choi, Y.-S.; Kim, K.-K.; Yeon, J.H. Flexural fatigue life analysis of unsaturated polyester-methyl methacrylate polymer concrete. Constr. Build. Mater. 2017, 140, 336–343. [Google Scholar] [CrossRef]
  30. Ahn, S.; Jeon, E.-B.; Koh, H.-I.; Kim, H.-S.; Park, J. Identification of stiffness distribution of fatigue loaded polymer concrete through vibration measurements. Compos. Struct. 2016, 136, 11–15. [Google Scholar] [CrossRef]
  31. Gullapalli, A.; Lee, J.H.; Lopez, M.M.; Bakis, C.E. Sustained loading and temperature response of fiber-reinforced polymer–concrete bond. Transp. Res. Rec. 2009, 2131, 155–162. [Google Scholar] [CrossRef]
  32. Guo, Q.; Liu, Q.; Zhang, P.; Gao, Y.; Jiao, Y.; Yang, H.; Xu, A. Temperature and pressure dependent behaviors of moisture diffusion in dense asphalt mixture. Constr. Build. Mater. 2020, 246, 118500. [Google Scholar] [CrossRef]
  33. Zhao, Z.; Wang, S.; Ren, J.; Wang, Y.; Wang, C. Fatigue characteristics and prediction of cement-stabilized cold recycled mixture with road-milling materials considering recycled aggregate composition. Constr. Build. Mater. 2021, 301, 124122. [Google Scholar] [CrossRef]
  34. Chen, Q.; Wang, S.; Wang, C.; Wang, F.; Fu, H.; Yang, X. Modified waterborne epoxy as a cold pavement binder: Preparation and long-term working properties. J. Mater. Civ. Eng. 2021, 33, 04021079. [Google Scholar] [CrossRef]
  35. Jung, K.-C.; Roh, I.-T.; Chang, S.-H. Evaluation of mechanical properties of polymer concretes for the rapid repair of runways. Compos. Part B Eng. 2014, 58, 352–360. [Google Scholar] [CrossRef]
  36. Wang, H.; Zhang, C.; Li, L.; You, Z.; Diab, A. Characterization of low temperature crack resistance of crumb rubber modified asphalt mixtures using semi-circular bending tests. J. Test. Eval. 2016, 44, 847–855. [Google Scholar] [CrossRef]
  37. Yao, Y.; Li, J.; Ni, J.; Liang, C.; Zhang, A. Effects of gravel content and shape on shear behaviour of soil-rock mixture: Experiment and DEM modelling. Comput. Geotech. 2022, 141, 104476. [Google Scholar] [CrossRef]
  38. Jiang, J.; Ni, F.; Dong, Q.; Wu, F.; Dai, Y. Research on the fatigue equation of asphalt mixtures based on actual stress ratio using semi-circular bending test. Constr. Build. Mater. 2018, 158, 996–1002. [Google Scholar] [CrossRef]
  39. Elseifi, M.A.; Mohammad, L.N.; Ying, H.; Cooper III, S. Modeling and evaluation of the cracking resistance of asphalt mixtures using the semi-circular bending test at intermediate temperatures. Road Mater. Pavement Des. 2012, 13, 124–139. [Google Scholar] [CrossRef]
  40. Shiri, S.; Yazdani, M.; Pourgol-Mohammad, M. A fatigue damage accumulation model based on stiffness degradation of composite materials. Mater. Des. 2015, 88, 1290–1295. [Google Scholar] [CrossRef]
  41. Li, J.; Zhang, J.; Qian, G.; Zheng, J.; Zhang, Y. Three-dimensional simulation of aggregate and asphalt mixture using parameterized shape and size gradation. J. Mater. Civ. Eng. 2019, 31. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
  42. Yao, Y.; Li, J.; Liang, C.; Hu, X. Effect of coarse recycled aggregate on failure strength for asphalt mixture using experimental and DEM method. Coatings 2021, 11, 1234. [Google Scholar] [CrossRef] 

#Midtech

تمرير للأعلى
Translate »